斷層與煤礦生產(chǎn)關(guān)系研究

蔡 波

（西山煤電安全監(jiān)督檢查中心，山西 太原 030053）

引言

在近些年，煤炭行業(yè)作為國(guó)內(nèi)的龍頭企業(yè)，在發(fā)展的同時(shí)也帶動(dòng)了整個(gè)社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，成為了眾多行業(yè)領(lǐng)域不可或缺的一部分。目前隨著煤炭出采的越來(lái)越多，以及眾多私有企業(yè)煤礦的相應(yīng)關(guān)閉，我國(guó)煤炭行業(yè)面臨的問(wèn)題是煤炭資源的利用率越來(lái)越少，煤炭的采出率也越來(lái)越低。社會(huì)的發(fā)展迫切需要更多的煤炭來(lái)支持，所以為了增加煤炭的采出率，我們就需要解決眾多影響煤礦生產(chǎn)方面的問(wèn)題，其中主要是關(guān)于地質(zhì)構(gòu)造方面的問(wèn)題，在地質(zhì)構(gòu)造方面具有代表性的當(dāng)屬斷層[1]。因此，我們主要需要解決的就是如何高效率的開(kāi)采斷層構(gòu)造多的煤礦。就斷層與煤礦生產(chǎn)的關(guān)系，我們展開(kāi)了本文的研究。

1 斷層成因及判別依據(jù)

幾千萬(wàn)年前，地表植被埋入地層中形成含煤系地層，在煤系地層沉降形成煤的過(guò)程中，地殼是不斷運(yùn)動(dòng)的，煤系地層就會(huì)由于地殼運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的地應(yīng)力而發(fā)生拉伸或者擠壓。當(dāng)巖層發(fā)生錯(cuò)斷的時(shí)候，就形成了斷層，如圖1 所示。另一種情況，如果地應(yīng)力的強(qiáng)度大小不足以將地表巖層產(chǎn)生斷裂結(jié)構(gòu)，那么煤巖層就會(huì)發(fā)生應(yīng)力彎曲，從而產(chǎn)生一種叫撓曲的地質(zhì)構(gòu)造，當(dāng)應(yīng)力的強(qiáng)度非常小，小到使煤巖層只出現(xiàn)了裂隙，就會(huì)產(chǎn)生另一種地質(zhì)構(gòu)造—節(jié)理。根據(jù)斷層、撓曲以及節(jié)理三種地質(zhì)構(gòu)造的成因，我們可以總結(jié)出這三種地質(zhì)構(gòu)造總是相伴而生，一起出現(xiàn)。但是關(guān)于對(duì)煤礦生產(chǎn)的影響，斷層結(jié)構(gòu)和撓曲結(jié)構(gòu)對(duì)回采工作面的影響效果是一樣的，都嚴(yán)重阻礙了工作面的推進(jìn)效率，反而節(jié)理的影響對(duì)比前兩者相對(duì)較小。

圖1 斷層示意圖

煤礦的斷層一般都有其存在的依據(jù)，我們可以通過(guò)斷層的總標(biāo)志，來(lái)判別該地理位置是否存在斷層，包括以下幾點(diǎn)：首先，說(shuō)明斷層存在的最基本的標(biāo)志就是含煤巖層的不連續(xù)。如果在井下發(fā)現(xiàn)煤層或巖層從連續(xù)變得突然中斷或者相互交錯(cuò)，就可以判斷出該處一定存在斷層。其次，地質(zhì)的構(gòu)造不連續(xù)同樣可以說(shuō)明該處存在斷層。構(gòu)造不連續(xù)即斷層軸線在其發(fā)展方向發(fā)生突然的中斷或者兩端斷開(kāi)。然后，在野外或者井下如果出現(xiàn)了含煤巖層某一段的重復(fù)或者缺失同樣是斷層存在的依據(jù)，根據(jù)斷層與巖層的傾角不同，會(huì)出現(xiàn)上述重復(fù)或者缺失的情況。再者，斷層面具有很多特征，比如會(huì)存在一些擦痕。最后，破碎的巖石依然是斷層存在的標(biāo)志。斷層存在破碎帶，地殼在運(yùn)動(dòng)中，巖石會(huì)受到壓力的作用而破碎成大小不等的碎塊兒。

2 斷層對(duì)煤礦生產(chǎn)的影響工程實(shí)例

2.1 煤礦地質(zhì)概況

以山西某井田為研究對(duì)象，該井田位于整片煤田的正中央，井田的大小為92 km2左右，主要的含煤地層為山西組和太原組，井田內(nèi)主要的可采煤層有5 層，目前正在開(kāi)采3#煤層。井田的煤層傾角為8°，該煤層屬于近水平煤層，煤層呈現(xiàn)南北走向。該井田的地質(zhì)構(gòu)造主要是褶曲，褶曲的軸向主要是沿東北方向，少部分為西北方向。井田的西部邊界主要受到斷層的控制，斷層的走向呈SSW 發(fā)育。井田內(nèi)的大斷層大都是向東傾斜，自西向東呈階梯狀下降的趨勢(shì)，除去大斷層外，井田內(nèi)還存在著許多落差比較小的斷層帶。斷層F1 屬于該井田內(nèi)最大的斷層，其落差達(dá)到了700 m。斷層F2 存在于井田的中央位置，其走向呈SSE，穿過(guò)了整個(gè)井田[2]，落差為250 m。斷層F3 呈東北走向，該斷層位于井田的東北部，其落差也達(dá)到了160 m。以上三條斷層就是該井田的主要斷層，它們的存在嚴(yán)重影響了煤礦的生產(chǎn)。

2.2 斷層對(duì)煤礦生產(chǎn)的影響

由于斷層的存在，使得上壁煤層埋深變淺，斷層錯(cuò)動(dòng)也能釋放煤層中的瓦斯氣體。這種斷層構(gòu)造對(duì)整個(gè)煤層開(kāi)采過(guò)程有積極影響，有助于煤層的開(kāi)采。但斷層的存在終究會(huì)破壞煤層的完整性和連續(xù)性，這在工作面的回采階段是很不利的。斷層的大小不同，對(duì)煤礦生產(chǎn)產(chǎn)生的影響也不盡相同。在我國(guó)，劃分?jǐn)鄬拥臉?biāo)準(zhǔn)也不盡相同，根據(jù)斷層的落差可以進(jìn)行以下劃分：斷層的落差如果在50 m 以上，我們可以稱(chēng)作為特大型斷層；落差如果在20 m～50 m 之間，我們可以稱(chēng)作為大型斷層；如果落差在5 m～20 m 之間，我們可以稱(chēng)作是中型斷層；落差在5 m 以下則被叫作小型斷層。

本井田內(nèi)，由于三條特大型斷層的存在，對(duì)煤礦的生產(chǎn)有很大影響。在回采工作面過(guò)斷層時(shí)，設(shè)備過(guò)斷層的能力都比較弱，也就使得工作面在遇到斷層時(shí)一定要提前剎刀，剎刀的角度一般在10°以下。工作面的平均推進(jìn)長(zhǎng)度不過(guò)30 m，在整個(gè)煤層開(kāi)采的過(guò)程中，工作面從回采到停采，幾乎每一天都會(huì)遇到或多或少的斷層，最嚴(yán)重的時(shí)候，在回采過(guò)程中會(huì)遇到5 條斷層，造成了設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，整個(gè)工作面在回采時(shí)，工作面的月推進(jìn)距離也只有60 m，斷層的存在已經(jīng)嚴(yán)重的阻礙了該井田的煤礦生產(chǎn)工作進(jìn)程，為工作面過(guò)斷層示意圖，如圖2 所示。

圖2 工作面過(guò)斷層示意圖

3 斷層的處理方案分析

從上述案例中可以看出斷層對(duì)煤礦生產(chǎn)的影響還是很大的，所以要綜合考慮地質(zhì)構(gòu)造因素與經(jīng)濟(jì)因素來(lái)選擇合理的開(kāi)采方法。若在開(kāi)鑿巷道的過(guò)程中遇到了斷層結(jié)構(gòu)，要根據(jù)煤礦的生產(chǎn)要求合情合理處置斷層。如果在工作面的開(kāi)采過(guò)程中遇到了斷層，對(duì)于落差比較小的斷層，工作面可以強(qiáng)行通過(guò)[3]。然而對(duì)于那些向本案例中落差很大的斷層，已經(jīng)嚴(yán)重的影響了煤礦的生產(chǎn)進(jìn)度，則需要重新布置開(kāi)切眼，將工作面移至新布置的開(kāi)切眼處繼續(xù)采礦工作。在安排綜采工作面時(shí)，要注意檢查工作面周?chē)欠裼袛鄬拥拇嬖?，如果斷層落差較小，則可以采用爆破技術(shù)來(lái)過(guò)斷層，如果斷層比較大，采用爆破技術(shù)不能奏效時(shí)，我們需要將工作面進(jìn)行搬家。

3.1 直接割煤法

如果遇到斷層的落差在一半兒煤厚以下，割完煤層時(shí)整個(gè)橫截面都是煤，那么綜采設(shè)備就能夠完全通過(guò)，綜采工作面可以直接通過(guò)斷層進(jìn)行采煤。在綜采工作面過(guò)斷層之前，要制定周全的安全措施，在割煤時(shí)，為了控制工作面推進(jìn)的速度同時(shí)又防止割煤機(jī)割到巖石上，施工人員要及時(shí)調(diào)整好煤溜的坡度。在割底煤時(shí)，為了防止頂板冒落，一定要安排好頂板的頂板的管理相關(guān)工作。

3.2 割頂?shù)装宸?/h3>

如果遇到斷層的落差超過(guò)了一半兒的煤厚，回采部分顯示割到了頂?shù)装宓那闆r，煤層的頂?shù)装逶诔练e過(guò)程中，都是由泥巖或者砂質(zhì)泥巖組成的，這種巖石顧名思義就是具有硬度小的特點(diǎn)，割煤機(jī)在回采過(guò)程中可以進(jìn)行一個(gè)割頂板或者割底板的方式來(lái)完成工作面通過(guò)斷層的一個(gè)過(guò)程。

就本文所研究的井田而言，查明井下的地質(zhì)構(gòu)造同樣是一項(xiàng)必要的工程，該井田長(zhǎng)期受到地質(zhì)作用的影響，分布著大大小小的很多斷層，在開(kāi)采之前也要做好物探工作。國(guó)內(nèi)的物探手段有很多種，比如瞬變電磁法、三維地震技術(shù)以及坑透技術(shù)。采用三維地震技術(shù)能夠大致摸清哪些斷層會(huì)影響工作面的布置；采用坑透技術(shù)能很好的查出哪些小型斷層存在于工作面內(nèi)。合理采用現(xiàn)有的物探技術(shù)以及處理斷層的方法，調(diào)整斷層與煤礦生產(chǎn)之間的關(guān)系。

4 結(jié)語(yǔ)

在煤礦工作的施工人員一定要重視煤礦的生產(chǎn)及安全的工作，關(guān)乎人身安全以及財(cái)產(chǎn)安全，提前做好勘探工作并第一時(shí)間摸清地質(zhì)構(gòu)造。由于地殼的運(yùn)動(dòng)，斷層在煤礦的分布范圍還是很廣泛的，由于斷層的存在，斷層的連續(xù)性遭到了破壞，給工作面過(guò)斷層增加了困難，阻礙了煤礦的生產(chǎn)。因此，一定要對(duì)井下的各個(gè)斷層都有所了解，分析這些斷層會(huì)對(duì)煤礦的開(kāi)采有什么影響，做出合理的斷層處理措施，才能將斷層對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)影響程度降到最低。